基于分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的CAPP及實施

1、基于分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的CAPP及實施         0引言 在制造業(yè)由大批量、低成本生產(chǎn)向以用戶最大滿意度為目標的生產(chǎn)轉(zhuǎn)化過程中，制造價值定向已由面向產(chǎn)品向面向顧客轉(zhuǎn)化，制造戰(zhàn)略重點由成本和質(zhì)量向時間轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)有效性成為制造業(yè)生存的關鍵。傳統(tǒng)追求大而全的生產(chǎn)組織模式已很難適應當今變化莫測的市場需求，機械制造的組織機構(gòu)正在向機構(gòu)精簡、質(zhì)量可靠的零部件專業(yè)化生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變。為了能迅速對市場作出反應，在企業(yè)內(nèi)部實施過程重組，在并行工程思想指導下，對現(xiàn)有生產(chǎn)過程進行再思考、再設計，從而達到高效率、低成本、高質(zhì)量、服務佳、速度快的目標

2、；在企業(yè)之間建立動態(tài)聯(lián)盟，將分散的技術資源、人力資源和>' target='_blank' class='infotextkey'>管理資源根據(jù)市場機遇迅速聯(lián)結(jié)成一個臨時性的制造實體，實行動態(tài)協(xié)作，正成為制造業(yè)發(fā)展的一個方向。如此必然形成零部件廠商的多層次供貨體系，造成了產(chǎn)品設計制造的分布化局面。為了能夠全面支持企業(yè)過程重組和動態(tài)聯(lián)盟的實現(xiàn)，作為CIMS信息中樞的CAPP，只有按分布方式進行工藝設計與>' target='_blank' class='infotextkey'>管理，才能按系

3、統(tǒng)工程和并行工程思想實現(xiàn)與CAD、CAM、CAQ和PPC之間的集成，從而達到動態(tài)環(huán)境下的全局范圍多目標、多原則的工藝路線優(yōu)化，并能夠提供自身的快速重組能力，滿足分布式制造模式的要求。即CAPP應由原來的面對單個制造環(huán)境、單個零件的工藝規(guī)程設計轉(zhuǎn)向為多制造環(huán)境的、包含整個產(chǎn)品的工藝設計與>' target='_blank' class='infotextkey'>管理，達到能實現(xiàn)全局最優(yōu)目標的分布式的CAPP。而實現(xiàn)分布式CAPP的基礎則是分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 1分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 所謂分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是在邏輯上屬于同一系統(tǒng)，但在物理上分散在計算機

4、網(wǎng)絡連接的多個場地(節(jié)點)的一組數(shù)據(jù)集。每個場地上的數(shù)據(jù)一般用來描述本場地的現(xiàn)實世界，場地局部數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源和大多數(shù)用戶(應用)一般均駐留在本場地，即每個場地具有獨立處理的能力(場地自治)，可執(zhí)行局部應用；另外，場地間通過網(wǎng)絡通訊也能執(zhí)行全局應用。對用戶來說，一個分布式數(shù)據(jù)庫從邏輯上看，如同集中式數(shù)據(jù)庫一樣，用戶可在任何一個場地執(zhí)行全局應用。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通過復制使系統(tǒng)具有適當?shù)臄?shù)據(jù)冗余，從而增加了系統(tǒng)的可靠性和可用性；提供局部自治的數(shù)據(jù)共享和場地之間的協(xié)調(diào)，從而使系統(tǒng)具有快速的數(shù)據(jù)處理能力；另外，通過數(shù)據(jù)庫技術與并行處理技術的結(jié)合，利用多處理機并行處理產(chǎn)生的規(guī)模效益，可提高系統(tǒng)的快速反應能

5、力。由于計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展以及地理上分散的部門、公司、廠商對于數(shù)據(jù)庫應用的需求，數(shù)據(jù)庫技術從單機擴展至網(wǎng)絡，對數(shù)據(jù)的收集、存儲、處理和傳播由集中式走向分布式、從封閉走向開放已在所難免。處于分布環(huán)境下的工藝設計方法也應發(fā)生相應的變化，應能充分發(fā)揮分布式數(shù)據(jù)庫各場地的協(xié)作求解能力，著重解決工藝計劃的生產(chǎn)可行性問題，強調(diào)工藝計劃和生產(chǎn)計劃的整體優(yōu)化效果。 2分布式CAPP的實施 (1)上海某汽車制造股份有限公司是具有一級法人資格的總廠型>' target='_blank' class='infotextkey'>經(jīng)濟實體，屬下有轎車車橋廠、汽車底

6、盤廠、重型汽車廠、內(nèi)燃機配件廠、汽車拖拉機底盤廠等5家工廠，地理位置分散。為了能滿足總廠技術部與各分廠工藝部門及各分廠工藝部門之間的數(shù)據(jù)交換與共享，提高工藝設計效率，提高市場競爭力，近期實施了CAPP系統(tǒng)項目。該公司CAPP系統(tǒng)可實現(xiàn)總廠技術部對各分廠工藝設計的總體協(xié)調(diào)控制、技術部與各分廠之間的及時信息交換、技術部對各分廠工藝設計結(jié)果的電子歸檔>' target='_blank' class='infotextkey'>管理、打印查詢，并在各分廠內(nèi)部實現(xiàn)工藝設計>' target='_blank' class=&

7、#39;infotextkey'>管理和工藝設計計算機化。同時在實施過程中考慮到了企業(yè)CIMS工程對系統(tǒng)的需求，使CAPP系統(tǒng)具備了與PDM及MRP集成的能力，其技術部的總體工作流程如圖1所示。技術部與各廠之間需交換的信息包括技術部任務分配結(jié)果、技術部任務協(xié)調(diào)結(jié)果、各廠任務進行情況、各廠工藝設計結(jié)果等。這些信息中前三類為及時交換信息，各分廠工藝設計結(jié)果為批量單向發(fā)布信息。   圖1技術部總體工作流程圖 該項目的工藝設計與>' target='_blank' class='infotextkey'>管理軟件采用上海交通大

8、學CIM所開發(fā)的SIPM系統(tǒng)。SIPM是一個面向工藝設計師和工藝過程>' target='_blank' class='infotextkey'>管理的集成化CAPP系統(tǒng)，具有強大的工藝設計、工藝設計過程>' target='_blank' class='infotextkey'>管理、工藝簽審、工藝版本>' target='_blank' class='infotextkey'>管理、>' target='_blan

9、k' class='infotextkey'>管理用工藝文件自動生成等功能。SIPM系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡技術，使工廠的所有工藝師能共享所有的工藝技術資料，統(tǒng)一調(diào)配技術資源、隨時了解工廠工裝設備情況、查閱已有工藝設計情況，為提高工藝標準化提供了技術基礎。CAPP系統(tǒng)項目實施前，各分廠已基本形成了CAD網(wǎng)絡環(huán)境，公司總部也已基本建成了MRP網(wǎng)絡環(huán)境，并已將重汽廠、底盤廠與總部通訊采用了DDN專線，但網(wǎng)絡支撐大部分只是用于文件傳輸，并沒有對工作流程和結(jié)果進行統(tǒng)一>' target='_blank' class='infotextke

10、y'>管理，其CAPP系統(tǒng)項目實施前后效果及項目總體功能如圖2、圖3所示。   圖2CAPP系統(tǒng)項目效果   圖3總體功能結(jié)構(gòu)圖 (2)在數(shù)據(jù)處理上，批量單向發(fā)布信息由工藝任務進展情況監(jiān)測程序觸發(fā)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，一旦工藝發(fā)布且網(wǎng)絡傳送許可，就一次性傳送所有工藝信息；而及時信息需進行實時交換，由于信息存放在各場地的分散的數(shù)據(jù)庫中(不僅是物理上而且是邏輯上)，采用主動激發(fā)應用程序非常困難，故采用了公用數(shù)據(jù)區(qū)被動激發(fā)的方法，即在分散的數(shù)據(jù)庫上開辟公用數(shù)據(jù)區(qū)，需及時交換的信息動態(tài)地對公用數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容進行更新，應用程序動態(tài)掃描各公用數(shù)據(jù)區(qū)的更新情況，一旦發(fā)現(xiàn)有新數(shù)據(jù)就立即

11、對其進行分類處理并更新公用數(shù)據(jù)區(qū)的狀態(tài)。為了能實現(xiàn)以上的目標，采用了基于客戶機/服務器的計算環(huán)境分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，各場地的客戶機通過遠程過程調(diào)用(RPC)以SQL形式請求服務程序提供服務，服務器執(zhí)行所需的處理，然后將結(jié)果返回給客戶機，客戶機和服務器之間通過局域網(wǎng)實現(xiàn)無縫協(xié)同計算；在整個系統(tǒng)中，各局域網(wǎng)之間采用TCP/IP協(xié)議通訊，通過數(shù)據(jù)復制技術、兩階段遞交協(xié)議等來確保分布在網(wǎng)絡各個場地上的同構(gòu)或異構(gòu)數(shù)據(jù)的一致性、完整性和可用性。網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及場地組成如圖4、圖5所示。   圖4CAPP系統(tǒng)網(wǎng)絡邏輯結(jié)構(gòu)  圖5各分廠SIPM系統(tǒng)網(wǎng)絡需求 (3)目前該公司應用系統(tǒng)主要是MRP系統(tǒng)

12、。項目實施后在網(wǎng)上的應用系統(tǒng)除了MRP之外，還有PDM和CAPP系統(tǒng)，PDM、CAPP系統(tǒng)、MRP系統(tǒng)之間存在著大量的數(shù)據(jù)交換，見圖6。其中MRP系統(tǒng)根據(jù)合同給出產(chǎn)品設計要求；工程分系統(tǒng)中的PDM系統(tǒng)生成結(jié)構(gòu)BOM及產(chǎn)品設計要求；CAPP系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品設計信息產(chǎn)生工藝規(guī)程及工藝BOM；MRP系統(tǒng)從PDM系統(tǒng)和CAPP系統(tǒng)獲得產(chǎn)品BOM(包括結(jié)構(gòu)BOM及工藝BOM等信息)，并為CAPP系統(tǒng)提供基礎數(shù)據(jù)信息。因此，須考慮各系統(tǒng)之間信息的集成。  圖6分系統(tǒng)信息流向 為了便于應用系統(tǒng)的擴展及數(shù)據(jù)交換，可采用層次遞階控制型信息集成方式，見圖7。結(jié)構(gòu)BOM、工藝BOM、企業(yè)基礎數(shù)據(jù)等子系統(tǒng)間交換

13、數(shù)據(jù)存放在企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫中(企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫中的信息經(jīng)過重新整理分類，更具有完整性)；各子系統(tǒng)間的信息交換通過數(shù)據(jù)存取控制接口向企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫發(fā)送和讀取實現(xiàn)；各子系統(tǒng)可以再通過層次遞階控制結(jié)構(gòu)實現(xiàn)信息交換(如圖3所示CAPP系統(tǒng)中，各分廠都擁有局部數(shù)據(jù)庫，總廠技術部工藝數(shù)據(jù)庫存在于局部數(shù)據(jù)庫與企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫之間)。數(shù)據(jù)存取接口可以通過程序控制或通過數(shù)據(jù)屬性的方式來實現(xiàn)(如有效性控制可以通過程序比較文件的時間，也可以在數(shù)據(jù)庫中增加時間戳字段等方法來實現(xiàn))。這種方式降低了各子系統(tǒng)之間接口的復雜性，增強了整個集成方案的可擴充性；數(shù)據(jù)的交換集中在各子系統(tǒng)與企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫之間，提高了系統(tǒng)集成的可靠性；數(shù)據(jù)交換的功能在企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫與各子系統(tǒng)間進行，企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫所在的服務器分擔大部分數(shù)據(jù)交換所需的計算時間，可減少子系統(tǒng)對數(shù)據(jù)交換的被動響應。  圖7層次遞階控制型信息集成方式 3結(jié)束語 本文探討了新的制造模式下